EP3303753B1 - System und verfahren zum oberflächennahen verlegen von erdkabeln oder erdleitungen im boden - Google Patents

System und verfahren zum oberflächennahen verlegen von erdkabeln oder erdleitungen im boden

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EP3303753B1
EP3303753B1 EP16732937.4A EP16732937A EP3303753B1 EP 3303753 B1 EP3303753 B1 EP 3303753B1 EP 16732937 A EP16732937 A EP 16732937A EP 3303753 B1 EP3303753 B1 EP 3303753B1
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EP
European Patent Office
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borehole
drill
casing
underground
head
Prior art date
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EP16732937.4A
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EP3303753A1 (de
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Marc Peters
Tobias Engel
Tobias GERHARDT
Steffen Praetorius
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Herrenknecht AG
Original Assignee
Herrenknecht AG
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Publication date
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    • E02F5/16—Machines for digging other holes in the soil
    • E02F5/18—Machines for digging other holes in the soil for horizontal holes or inclined holes
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    • H02G9/06—Installations of electric cables or lines in or on the ground or water in underground tubes or conduits; Tubes or conduits therefor

Definitions

  • the invention relates to a system for laying underground cables or conduits near the surface in the ground in a borehole along a laying route between a starting point and a target point, comprising a drilling rig, a drive head for creating the borehole, a drill string and/or a casing, and a method for laying underground cables or conduits near the surface in the ground in a borehole along a laying route between a starting point and a target point, wherein a drive head is moved along the laying route by transmitting a feed or a feed and rotation via a drill string using a drilling rig.
  • Pipeline lengths of up to 1500 m are desirable.
  • a problem with near-surface installation is the shallow cover over the pipeline (for example, only 2 to 6 m).
  • the diameter of the pipelines to be laid here is less than 800 mm, and in some cases even less than 300 mm.
  • Trenchless drilling methods from pipeline construction are already available (microtunneling, HDD drilling); however, it is not possible to cover the necessary parameters with these methods.
  • microtunneling technology up to 300 mm.
  • a microtunneling technique with a diameter of approximately 1000 mm would currently be required.
  • the space required for construction site facilities and the costs increase significantly with increasing diameter. Therefore, this technique is not feasible.
  • Horizontal Directional Drilling would be a viable option for laying pipes that meet the required diameter and length specifications.
  • This method is already used, particularly for tunneling under rivers or roads.
  • a pilot bore is first created from the starting point towards the target point using a rotating drill head and drill string. Positional accuracy is ensured by a surveying system mounted behind the drill head.
  • the excavated material is brought to the surface with a bentonite slurry.
  • the bentonite slurry is...
  • the drilling slurry is pumped directly to the nozzles attached to the drill head.
  • the slurry mixes with the excavated soil and flows back to the starting point through the annular space between the drilling slurry and the soil.
  • High flushing pressures are required for the clean removal of the excavated soil.
  • the HDD method requires the greatest possible installation depths and thus cover depths of, for example, more than 30 m. Installation depths of less than 10 m can lead to unwanted flushing with certain soil conditions when using conventional HDD methods.
  • the key advantage of this system is that, compared to conventional laying methods, it requires relatively little space for site setup.
  • the landscape is only affected at specific points at the start and end points. Due to the limited transportability of the cables in one piece, a coupling or joint structure is necessary at these points, further reducing the impact.
  • no structural intervention in the environment is required along the route, enabling particularly environmentally friendly underground cable installation. For example, the use of heavy equipment between the start and end points is eliminated. Soil layers, especially those relevant to agricultural use, remain unchanged, allowing for uninterrupted planting and growth after completion. Unlike overhead lines, the underground installation does not visually impair the landscape. At the same time, the shallow depth of the cable allows for quick access to the lines for maintenance.
  • the drill drive to be an electric motor or a mud motor.
  • This enables safe and simple operation of a drill head without rotation of the drill string.
  • the mud motor can be operated particularly easily and safely if the drive fluid is supplied in a closed or quasi-closed system.
  • a quasi-closed system is one in which a small amount of fluid is dispensed in a controlled manner to provide lubrication.
  • a drive using a drill string is also possible.
  • Another solution of the invention provides for a flushing circuit with which the drive head can be driven and/or controlled.
  • Another solution of the invention provides that a control element for horizontal or vertical control is provided.
  • Another solution of the invention provides that the drill string is double-walled and is a component of a flushing fluid circuit, or that the interior of the drill string and the annular space between the casing and the drill string are components of a flushing fluid circuit.
  • an expansion drill head in a second drilling pass, can be connected to the drill string and/or casing.
  • the expansion drill head is a rotary hammer for displacing the soil, a soil displacement screw, preferably with a drill drive for displacing the soil, or a drill head system consisting of a drill and drill drive for loosening the soil.
  • Another solution of the invention provides that a feed is transferred to the drill head via a casing using a drilling device.
  • the text demonstrates how the protective conduit is prepared for installation and how the underground cables can be inserted into the borehole. It is important to ensure adequate heat transfer, for example with power-carrying underground cables 30, both when laid directly in the ground and when laid in a protective conduit 31.
  • Fig. 8 Direct installation in the ground is in Fig. 8 and Fig. 18 shown.
  • the underground cables 30 are arranged, for example, via spacers 32 into a bundle that is pulled into the borehole 102.
  • Skids 33 serve as protection ( Fig. 8
  • the skids, which are designed in a semi-shell shape, are arranged on the underground cables 30.
  • the borehole 102 is then filled with liquid soil or bentonite 34 or the like to provide adequate heat transfer.
  • a coating 35 can also be provided as protection, which, for example, is already applied to the cables 30 at the factory.
  • a protective conduit 31 is installed, into which the underground cables are then placed, it can be constructed in various ways.
  • Fig. 17 This shows that the protective piping 31 is made from individual protective tubes 20 by butt welding them together.
  • the protective tubes 20 are axially aligned, the joints 24 are planed flat if necessary, and then heated with a heating element 25 and pressed together.
  • the protective casing 31 can be manufactured on site from flat material. A suitable device (not shown) is required for this.
  • Fig. 9a Figure 1 shows an open pipe 36 as protective casing 31, which is bent on site from a flat material 37 and inserted directly into the borehole 102. The cable bundle is then inserted into this casing and the pipe is secured in the ground with Filled with liquid soil or bentonite 34 or similar.
  • the protective tube shown is further joined to form a tube, for example by welding, gluing, inserting, etc.
  • the manufacturing process itself is shown schematically in Fig. 10
  • the drum-loaded flat material 37 is bent over a die 36a and, if necessary, joined.
  • Fig. 11 Figure 1 shows another variant.
  • a closed tube 20, 31 is created by inversion.
  • a tube 38 is produced from a flat material 37, particularly plastic. This tube is inserted into the borehole 102 by being pushed in the direction of arrow A. The beginning 39 of the tube 38 is inverted and secured, creating an outer tube 39a that rests against the borehole 102. The inversion zone 40 moves into the borehole as the inner tube 38 is advanced, thus creating a casing 31.
  • FIG. 16 Another variant of on-site production of the protective piping from flat material is in Fig. 16 shown.
  • the protective casing is welded together in a spiral shape from strips 40a while it is pulled into borehole 102.
  • FIG. 12 Figure 1 shows the production of the protective casing 31 from a hose.
  • a plastic hose 50 impregnated with synthetic resin is inserted into the borehole 102.
  • the inverted hose 50 is filled with cold water 51, causing the hose 50 to pull itself into the borehole 102 and form a tight seal against it.
  • the resin then hardens in an exothermic reaction upon the addition of warm water.
  • FIG. 13 An axially folded hose 50 is shown, which is held under tension at the beginning of the borehole 102 when pulled into the borehole and then unfolds in the borehole to form the protective casing. If necessary, a hardening process must be carried out as described above.
  • FIG. 14 and Fig. 15 Another method for installing protective piping is shown. This involves a 50 mm pipe that runs radially. The folded section is inserted into borehole 102. It is then pressurized with water 51 or steam 52, causing it to expand from the radial fold to form the protective casing 31.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein System zum oberflächennahen Verlegen von Erdkabeln oder Erdleitungen im Boden in einem Bohrloch entlang einer Verlegetrasse zwischen einem Startpunkt und einem Zielpunkt mit einem Bohrgerät, mit einem Vortriebskopf zum Erstellen des Bohrloches, mit einem Bohrgestänge und/oder einem Casing und ein Verfahren zum oberflächennahen Verlegen von Erdkabeln oder Erdleitungen im Boden in einem Bohrloch entlang einer Verlegetrasse zwischen einem Startpunkt und einem Zielpunkt bei dem ein Vortriebskopf entlang der Verlegetrasse bewegt wird, indem mit einem Bohrgerät ein Vorschub oder ein Vorschub und eine Rotation über ein Bohrgestänge übertragen wird.
  • Bei der Errichtung eines Stromnetzes beispielsweise bei der Erstellung einer 380 kV-Leitung ist es neben der Erstellung von Überlandleitungen auch notwendig, diese Leitungen im Boden zu verlegen.
  • Bei einer oberflächennahen Verlegung von Erdkabeln kommt die offene Grabenbauweise zum Einsatz. Dies führt zum Teil zu erheblichen Umwelteingriffen entlang der Trasse und ist mit einem nicht zu unterschätzenden Aufwand beim Grabenaushub und bei der Grabenwiederverfüllung verbunden. Für die Erstellung einer 380 kV Kabeltrasse sind beispielsweise zwei Grabenprofile mit jeweils 5,5 m Breite und 2,15 m Tiefe zu erstellen Als besonders aufwendig hat sich die Trennung der einzelnen Bodenschichten herausgestellt, die mehrere getrennte Mieten erforderlich macht. Dies ist notwendig, um bei der späteren Rückverfüllung des Grabens die Bodenqualität wieder in den ursprünglichen Zustand zurückzuversetzen. Des Weiteren ist während der Bauarbeiten eine Baubedarfsfläche von ca. 40 m freizuhalten während nach dem Abschluss der Bauarbeiten ein Kabelschutzstreifen von ca. 23 m zugängliche gehalten werden muss. Diese sehr aufwendigen Eingriffe während der Bauphase und Auswirkungen nach Abschluss der Arbeiten im Rahmen der offenen Verlegung begründen die Notwendigkeit der Entwicklung einer bedarfsgerechten unterirdischen Verlegemethode.
  • Um weiterhin die Eingriffe in die Natur während der Bauphase und die Errichtungskosten gering zu halten, ist es notwendig große Haltungslängen bei der grabenlosen Verlegung zu erreichen. Hierbei sind Haltungslängen von bis zu 1500 m anzustreben. Problematisch bei der oberflächennahen Verlegung ist die geringe Überdeckung der Leitung (beispielsweise lediglich 2 bis 6 m). Der Durchmesser der hier zu verlegenen Leitungen bewegt sich in einem Bereich kleiner 800, teilweise sogar kleiner 300 mm.
  • Es stehen bereits grabenlose Bohrverfahren aus dem Pipelinebau zur Verfügung. (Microtunneling, HDD-Drilling) allerdings ist es nicht möglich, mit diesen Verfahren die notwendigen Parameter abzudecken.
  • So existieren bereits Bohrverfahren, die den gewünschten Durchmesserbereich verlegen können, allerdings sind diese Verfahren aus technischen Gründen auf wesentlich kürzere Streckenlängen limitiert. Hierbei handelt es sich beispielsweise um die Microtunnelbohrtechnik bis 300 mm. Für eine Haltungslänge von bis zu mehr als 1,5 km müsste derzeit noch auf eine Microtunnelbohrtechnik mit einem Durchmesser von ca. 1000 mm zurückgegriffen werden. Allerdings erhöhen sich der Platzbedarf der Baustelleneinrichtung und die Kosten mit zunehmendem Durchmesser signifikant. Daher ist diese Technik nicht einsetzbar.
  • Mit dem Horizontal Directional Drilling (HDD)-Verfahren wäre eine Verlegung bezüglich der Anforderungen für den Durchmesser und die Streckenlänge denkbar. Dieses Verfahren kommt bereits speziell bei der Unterquerung von Flussläufen oder Straßen zum Einsatz. Bei diesem Verfahren wird zunächst eine Pilotbohrung unter Verwendung eines rotierenden Bohrkopfes und Bohrgestänges vom Startpunkt in Richtung Zielpunkt erstellt. Die Lagegenauigkeit wird dabei durch ein Vermessungssystem sichergestellt, welches hinter dem Bohrkopf angebracht ist. Das abgebaute Material wird mit einer Bentonitsuspension zu Tage gefördert. Die Bentonitsuspension wird durch das Bohrgestänge direkt zu den am Bohrkopf angebrachten Düsen gepumpt. Die Suspension vermischt sich mit dem gelösten Boden und fließt durch den Ringraum zwischen Bohrgestänge und Boden zum Startpunkt zurück. Für einen sauberen Austrag des gelösten Bodens sind allerdings hohe Spülungsdrücke erforderlich. Um einen unerwünschten Spülungsaustritt an der Oberfläche zu verhindern, sind beim HDD-Verfahren aber in diesem Fall möglichst große Verlegetiefen und damit Überdeckungen beispielsweise von mehr als 30m erforderlich. Verlegetiefen im Bereich kleiner 10 m kann bei bestimmten Bodenbeschaffenheiten zu unerwünschten Spülungsaustritten beim herkömmlichen HDD-Verfahren führen.
  • Solche Verfahren und die dazugehörige Technik sind unter anderem aus DE 10 2012 217 822 A1 und US 4 784 230 A bekannt.
  • Aufgabe der Erfindung ist, ein System und ein Verfahren zum oberflächennahen Verlegen von Erdkabeln oder Erdleitungen im Boden bereitzustellen, mit dem die zuvor beschriebenen Nachteile überwunden werden können und es möglich ist, Erdkabel oder Erdleitungen oberflächennah mit Haltungslängen von bis zu 1500 m zu verlegen.
  • Gelöst wird die erfindungsgemäße Aufgabe durch ein System gemäß Anspruch 1 und ein Verfahren gemäß Anspruch 7.
  • Der wesentliche Vorteil des Systems ist, dass im Vergleich zu den bekannten Verlegeverfahren ein relativ kleiner Flächenbedarf im Bereich der Baustelleneinrichtung erforderlich ist. Es ist lediglich ein punktueller Eingriff in die Landschaft an Start- und Zielpunkten. An den Start- und Zielpunkten ist es wegen der begrenzten Transportfähigkeit der Kabel am Stück notwendig ein Koppel- oder Muffenbauwerk zu erstellen, so dass somit der Eingriff weiter reduziert wird. Des Weiteren ist entlang der Trasse kein baulicher Eingriff in die Umwelt von Nöten, wodurch eine besonders umweltverträgliche Verlegung von Erdkabeln ermöglicht wird. Beispielsweise entfällt der Einsatz von schwerem Gerät zwischen Start- und Zielpunkt. Bodenschichtungen gerade im Hinblick auf eine landwirtschaftliche Nutzung werden nicht verändert, so dass nach Abschluss der Arbeiten unveränderte Pflanzung und Wachstum erfolgen kann. durch das unterirdische Verlegen gibt es keine optische Beeinträchtigung der Landschaft im Gegensatz zur Freileitung. Gleichzeitig ist es aufgrund der geringen Überdeckung möglich, die Leitungen im Servicefall schnell zu erreichen.
  • Eine weitere Lösung der Erfindung sieht vor, dass es sich bei dem Bohrwerkzeugsantrieb um einen Elektromotor oder um einen Mudmotor handelt. Hierdurch wird sicher und einfach ein Antrieb eines Bohrkopfs ohne Rotation des Bohrgestänges möglich. Der Mudmotor kann darüber hinaus besonders einfach und sicher betrieben werden, wenn die Antriebsflüssigkeit in einem geschlossenen System oder in ein quasi geschlossenes System bereitgestellt wird. Quasigeschlossen ist ein System, bei dem eine geringe Mende an Flüssigkeit kontrolliert abgegeben wird, um eine Schmierung bereitzustellen. Alternativ ist auch ein Antrieb mit einem Bohrgestänge möglich.
  • Eine weitere Lösung der Erfindung sieht vor, dass es sich bei dem Bohrgerät um ein Bohrgerät einer HDD-Bohranlage oder um eine Vorschubeinheit handelt. Hierbei handelt es sich um eine verhältnismäßig kleine Bohranlage, die leicht beweglich bzw. verfahrbar ist, und die daher keine nennenswerte Belastung beim Verfahren zwischen den einzelnen Ansatzpunkten darstellt.
  • Eine weitere Lösung der Erfindung sieht vor, dass ein Spülungskreislauf vorgesehen ist, mit dem der der Vortriebskopf antreibbar und/oder steuerbar ist.
  • Eine weitere Lösung der Erfindung sieht vor, dass ein Steuerelement zur horizontalen oder vertikalen Steuerung vorgesehen ist Eine weitere Lösung der Erfindung sieht vor, dass das Bohrgestänge doppelwandig ausgeführt ist und ein Bestandteil eines Spülungsflüssigkeitskreislaufs ist, oder dass das Innere des Bohrgestänges und der Ringraum zwischen Casing und Bohrgestänge Bestandteile eines Spülungsflüssigkeitskreislaufs sind.
  • Eine weitere Lösung der Erfindung sieht vor, dass wenigstens ein Abgabepunkt zur Abgabe von Spülungsflüssigkeit, als Schmierung vorgesehen ist. Eine weitere Lösung der Erfindung sieht vor, dass es sich bei der Schmierung um eine stationäre Schmierung handelt.
  • Eine weitere Lösung der Erfindung sieht vor, dass in einem zweiten Bohrdurchgang ein Aufweitungsbohrkopf mit dem Bohrgestänge und/oder Casing verbindbar ist.
  • Eine weitere Lösung der Erfindung sieht vor, dass es sich bei dem Aufweitungsbohrkopf um einen Bohrhammer zum Verdrängen des Bodens, eine Bodenverdrängungsschnecke, bevorzugt mit einem Bohrwerkzeugsantrieb zum Verdrängen des Bodens, oder um ein Bohrkopfsystem aus Bohrwerkzeug und Bohrwerkzeugsantrieb zum Lösen des Bodens handelt.
  • Die Erfindung sieht vor, dass in das Bohrloch ein Schutzrohr einbringbar ist, während oder bevor das Bohrgestänge und/oder Casing aus dem Bohrloch entnommen wird, in das die Erdkabel oder Erdleitungen eingebracht werden.
  • Eine weitere Lösung der Erfindung sieht vor, dass das Schutzrohr aus einem Schlauch, aus Flachmaterial, bevorzugt aus Kunststoff, oder aus Rohrschüssen, bevorzugt aus Kunststoff, vor Ort erstellbar ist.
  • Eine weitere Lösung der Erfindung sieht vor, dass mit einem Bohrgerät ein Vorschub über ein Casing auf den Bohrkopf übertragen wird.
  • Eine weitere Lösung der Erfindung sieht vor, dass ein Spülungskreislauf für ein Spülungsmedium, bevorzugt Bentonit, vorgesehen wird, über den der Vortriebskopf angetrieben und/oder gesteuert wird und/oder durch den der gelöste Boden aus dem Bohrloch abgefördert wird, wobei die Zufuhr und die Abfuhr des Spülungsmediums im Spülungskreislauf bevorzugt über ein doppelwandig ausgeführtes Bohrgestänge oder über das Innere des Bohrgestänges und den Ringraum zwischen Casing und Bohrgestänge erfolgt.
  • Anschließend wird das erfindungsgemäße Verfahren und das erfindungsgemäß System anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels in Verbindung mit einer Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:
    • Fig. 1
    eine schematische Darstellung eines Verfahrens und eines Systems mit einem Bohrhammer,
    Fig. 2
    eine Darstellung analog Figur 1 mit einer Verdrängungsschnecke,
    Fig. 3, 4 5
    schematische Darstellungen von Verdrängungsbohrköpfen,
    Fig. 5
    eine schematische Darstellung eines Spülungsbohrkopfes,
    Fig. 6, 7
    eine schematische Darstellung des Einziehens von Erdkabeln in das Bohrloch,
    Fig. 8 bis 18
    schematische Darstellungen des Einbringens eines Schutzrohres in das Bohrloch.
  • An einem Startpunkt 100 wird ein HDD-Bohrgerät 10 installiert (Fig. 1, Fig. 2) und über ein Bohrgestänge 11 mit dem Vortriebskopf 12 verbunden. Weiterhin wird ein Casing 14 bereitgestellt, das das Bohrgestänge 11 umgibt. Mit Hilfe des durch das Bohrgerät 10 bereitgestellten Drehmoments und der Vorschubkraft wird der Vortriebskopf 12 entlang der vorgegebenen Trasse 101 Richtung Zielpunkt 110 geschoben.
  • In Fig. 1 ist als Vortriebskopf 12 ein Bohrhammer 15 dargestellt und eingesetzt. Der Vorschub erfolgt hierbei über das Casing 14. Das Bohrgestänge 11 dient zur Spülungszufuhr für den Antrieb des Bohrhammers 15 und zur Rotation des Bohrhammers 15, beispielsweise zur Steuerung.
  • In Fig. 2. ist als Vortriebskopf 12 eine Verdrängungsschnecke 16 vorgesehen. Der Vorschub erfolgt hierbei über das Casing 14. Das Bohrgestänge 11 dient zur Rotation der Verdrängungsschnecke 16. Diese kann über die Spülungszufuhr gesteuert werden. Alternativ kann die Verdrängungsschnecke 16 auch mit einem im Vortriebskopf 12 vorgesehenen Motor (nicht dargestellt) angetrieben werden. Dann dient die Spülungszufuhr zum Antrieb des Motors.
  • Nach Durchstich des Vortriebskopfes 12 am Zielpunkt 110 wird dieser demontiert. Im Anschluss wird das Bohrgestänge 11 am Zielpunkt mit einem Schutzrohr 20 beispielsweise aus Kunststoff verbunden und über das Bohrgerät 10 bei Rückzug des Bohrgestänges 11 und/oder des Casings 14 eingezogen. Die Verbindung in Fig. 2 erfolgt über ein Verbindungselement 21.
  • Alternativ kann das Casing 14 auch mit dem Schutzrohr 20, beispielsweise aus Polymerbeton oder einem druckfesten Kunststoff, wie beispielsweise GFK, aus dem Bohrloch 102 hinausgeschoben werden, indem das Schutzrohr 20 in das Bohrloch 102 eingebracht wird. Hierbei müssen die Casings 14 nicht zugfest miteinander verbunden sein.
  • Zwischen dem Bohrgestänge 11 und dem Schutzrohr 20 kann, wie in Fig.1 gezeigt, ein Aufweitungsbohrkopf 13 vorgesehen sein. Während des Einzugs des Schutzrohres 20 wird dieses beispielsweise mit Mörtel, Bentonitspülung oder Flüssigboden hohlraumfrei an den Baugrund angebunden. Der Einzug der Erdkabel 30 erfolgt nach Fertigstellung der Schutzverrohrung 31 oder direkt in das Bohrloch, falls keine Schutzverrohrung 31 vorgesehen ist.
  • Alternativ kann als Start- und Zielpunkt 100, 110 auch ein Start- bzw. Zielgrube (nicht dargestellt) vorgesehen werden.
  • Fig. 3a zeigt eine schematische Schnittansicht eines Bohrhammers 15, der an ein Bohrgestänge 11 und ein Casing 14 angeschlossen ist. Der Bohrhammer 15 weist an seinem vorderen Ende einen Verdrängungskopf 41 auf. Dieser ist mit einem Hammerelement 42 verbunden und im Bohrkopfabschnitt 43 gelagert. Weiterhin ist der Bohrhammer 15 mit dem Casing 14 verbunden. Über das Bohrgestänge 11 wird Bohrspülung 120 dem Hammerelement 42 zugeführt, um dieses anzutreiben. Der asymmetrisch gestaltete Verdrängungskopf 41 überträgt dabei die Schläge auf dem Boden, sodass die Bodenstruktur aufgelöst wird und der Bohrhammer 15 über den Vorschub, der auf ihn durch das Casing 14 übertragen wird, im Bohrloch fortbewegt wird. Hinter dem Bohrkopfabschnitt 43 sind Auslassdüsen 44 vorgesehen, an denen Spülung 120 in einen Ringraum 121 abgegeben wird, um im Ringraum 121 eine Schmierung bereitzustellen, damit die Reibung zwischen Casing reduziert wird. Zusätzlich kann das Casing 14 Schmiermittelauslässe 45 vorsehen, über die ebenfalls Spülung 120 in den Ringraum 121 als Nachschmierung abgegeben werden kann.
  • Fig. 3b zeigt einen Aufweitungsbohrkopf 13. Dieser ist an das Schutzrohr 20 und an das Casing 14 sowie an das Bohrgestänge 11 angeschlossen und wird mit Spülung 120 versorgt. Der Aufweitungsbohrkopf 13 ist hier mit einem Hammerelement 42 versehen, das analog dem zuvor beschriebenen wirkt. Es wird über das Bohrgestänge mit Spülung als Antrieb versorgt. Die vom Hammerelement 42 abgegebene Spülung fließt über das Casing 14 bzw. über den Zwischenraum 17 zwischen Casing 14 und Bohrgestänge 11 zurück zum Bohrgerät 10. Ein Rotierendes Element oder auch eine Bodenentnahme über ein Bohrwerkzeug wäre alternativ ebenfalls möglich.
  • Fig. 4a zeigt eine schematische Schnittansicht einer Verdrängungsschnecke 16, die an ein Bohrgestänge 11 und ein Casing 14 angeschlossen ist. Die Verdrängungsschnecke 16 weist an Ihrem vorderen Ende einen Rotationkopf 46, durch dessen Rotation der anstehende Boden verdrängt wird, auf. Die Verdrängungsschnecke 16 wird über den Vorschub, der auf sie durch das Casing 14 übertragen wird, im Bohrloch fortbewegt. Die Verdrängungsschnecke 16 weist dabei einen Steuerelement 47 auf, bei dem es sich um einen Hydraulikzylinder oder Ähnlichem handelt, durch dessen Betätigung die Richtung durch Verkippen des vorderen Abschnitts 48 änderbar ist.
  • Fig. 4b zeigt, wie ein Schutzrohr 20 bzw. die Schutzverrohrung 31 über ein Verbindungselement 21 mit dem Casing 14 und dem Bohrgestänge 11 verbunden ist, ohne dass ein Aufweitungsbohrkopf 13 vorgesehen ist.
  • Fig. 5 zeigt eine schematische Schnittansicht eines Bohrkopfsystems 18 bestehend aus einem Bohrwerkzeug 19 zum Lösen des anstehenden Bodens, einem Bohrwerkzeugsantrieb 22 zur Rotation des Bohrwerkzeug 19 und einer Strahlpumpe 23 zur Abförderung des Gemisch 123 aus Spülflüssigkeit 120 und gelöstem Boden. Auch hier können Auslassdüsen 44, 45 vorgesehen werden.
  • Fig. 6 und Fig. 7 zeigen schematisch das Einziehen der Erdkabel 30 in das Bohrloch entweder in die Schutzverrohrung 31 (Fig. 6) oder direkt in den Boden (Fig. 7). Dabei wird im oberen Teil jeweils das Erstellen des Bohrlochs mit Vortriebskopf 12, Casing 14 und Bohrgestänge 11 wie zuvor beschrieben gezeigt.
  • In der Mitte wird in Fig. 6 das Einziehen der Schutzverrohrung 31 in das Bohrloch durch Herausziehen oder Herausschieben des Casings 14 und des Bohrgestänges 11 oder nur des Casings 14 dargestellt. Anschließend werden unten in Fig. 6 die Erdkabel 30 eingezogen, indem sie entweder an einem Zugseil (nicht dargestellt), das mit der Schutzverrohrung 31 eingebracht wurde, eingezogen oder über das Bohrgestänge 11, das im Bohrloch verbleibt, während die Schutzverrohung durch Ziehen oder Herausschieben des Casings 14 in das Bohrloch eingebracht wird.
  • In der Mitte wird in Fig. 7 das Einziehen der Erdkabel 30 in das Casing 14 durch Ziehen oder alternativ Herausschieben des Bohrgestänges 11 gezeigt. Im unteren Abschnitt ist dann dargestellt, wie das Casing 14 anschließend nach Einbringen der Erdkabel 30 aus dem Bohrloch herausgezogen wird.
  • In den Fig. 8 bis 18 wird gezeigt, wie die Schutzverrohrung zur Verlegung bereitgestellt wird, bzw. wie die Erdkabel in die Bohrung eingebracht werden können. Wichtig hierbei ist, dass beispielsweise bei stromführenden Erdkabeln 30 eine adäquate Wärmeübertragung gewährleistet wird sowohl bei direkter Verlegung im Boden als auch bei einer Verlegung in einer Schutzverrohrung 31.
  • Ein direktes Verlegen im Boden ist in Fig.8 und Fig. 18 gezeigt. Die Erdkabel 30 sind beispielsweise über Abstandshalter 32 zu einem Paket angeordnet, dass in das Bohrloch 102 eingezogen wird. Als Schutz sind Kufen 33 (Fig. 8), die halbschalenförmig ausgeführt sind, an den Erdkabeln 30 angeordnet. Das Bohrloch 102 wird dann mit Flüssigboden oder Bentonit 34 oder dgl. gefüllt, um eine adäquate Wärmeübertragung bereitzustellen. Alternativ zu den Kufen 33 kann auch eine Beschichtung 35 als Schutz vorgesehen werden, die beispielsweise bereits werksseitig auf die Kabel 30 aufgebracht ist.
  • Wird eine Schutzverrohrung 31 eingebracht, in die dann die Erdkabel eingebracht werden, so kann diese auf verschieden Weise erstellt werden.
  • Fig. 17 zeigt dabei, dass die Schutzverrohrung 31 aus einzelnen Schutzrohren 20 erstellt wird, indem diese stumpf verschweißt werden. Dabei werden die Schutzrohre 20 axial ausgerichtet, die Stöße 24 ggf. plan gehobelt und mit einem Heizelement 25 erwärmt und aneinandergepresst.
  • Alternativ kann die Schutzverrohrung 31 vor Ort aus Flachmaterial hergestellt werden. Hierfür ist eine entsprechende Vorrichtung (nicht dargestellt) notwendig.
  • Fig. 9a zeigt dabei ein offenes Rohr 36 als Schutzverrohrung 31, das aus einem Flachmaterial 37 vor Ort gebogen und direkt ins Bohrloch 102 eingebracht wird. In diese wird dann das Kabelpaket eingebracht und das Rohr wird im Boden mit Flüssigboden oder Bentonit 34 oder dgl. gefüllt. Bei dem in Fig. 9b dargestellten Schutzrohr wird das Flachmaterial noch zusätzlich zu einem Rohr verbunden, beispielsweise durch Schweißen, Kleben, Stecken etc.. Die Herstellung selber ist schematisch in Fig. 10 dargestellt. Das aufgetrommelte Flachmaterial 37 wird über eine Matrize 36a gebogen und ggf. verbunden.
  • Fig. 11 zeigt eine weitere Variante. Dabei wird ein geschlossenes Rohr 20, 31 durch Umstülpen erzeugt. Beispielsweise wird aus einem Flachmaterial 37, insbesondere aus Kunststoff, ein Rohr 38 erzeugt. Das in das Bohrloch 102 eingebracht wird, in dem es in Pfeilrichtung A eingeschoben wird. Der Anfang 39 des Rohres 38 wird umgestülpt befestigt, wodurch ein äußeres Rohr 39a erzeugt wird, dass am Bohrloch 102 anliegt. Die Umstülpzone 40 wandert dabei durch vorschieben des inneren Rohres 38 in das Bohrloch hinein, wodurch eine Verrohrung 31 erzeugt wird.
  • Eine weitere Variante der Vorortherstellung der Schutzverrohrung aus Flachmaterial ist in Fig. 16 gezeigt. Dabei wird die Schutzverrohrung aus Streifen 40a spiralförmig zusammengeschweißt, während es in das Bohrloch 102 eingezogen wird.
  • Fig. 12 zeigt das Herstellen der Schutzverrohrung 31 aus einem Schlauch. Ein beispielsweise mit Kunstharz getränkter Kunststoffschlauch 50 wird in das Bohrloch 102 eingestülpt. Der umgekrempelte Schlauch 50 wird mit kaltem Wasser 51 befüllt, wodurch sich der Schlauch 50 selbst in das Bohrloch 102 zieht und sich formschlüssig an das Bohrloch 102 anlegt. Das Harz härtet dann anschließend durch Zugabe von Warmwasser in einer exothermen Reaktion aus.
  • Alternativ dazu ist in Fig. 13 ein axial zusammengefalteter Schlauch 50 gezeigt, der beim Einziehen in das Bohrloch am Beginn des Bohrlochs 102 unter Spannung gehalten wird und sich dann im Bohrloch zur Schutzverrohrung entfaltet. Ggf. muss noch wie zuvor geschildert eine Härtung durchgeführt werden.
  • In Fig. 14 und Fig. 15 ist eine weitere Möglichkeit des Einbringens einer Schutzverrohrung gezeigt. Dabei wird ein Rohr 50, dass in radialer Richtung gefaltet ist, in das Bohrloch 102 eingebracht. Anschließend wird es mit Waser 51 oder mit Dampf 52 unter Druck gesetzt, so dass es sich an das zur Schutzverrohrung 31 aus der radialen Faltung aufweitet. Bezugszeichenliste
    10 HDD-Bohrgerät 39a äußeres Rohr
    11 Bohrgestänge 40 Umstülpzone
    12 Vortriebskopf 40a Streifen
    13 Aufweitungsbohrkopf 41 Verdrängungsbohrkopf
    14 Casing 42 Hammerelement
    15 Bohrhammer 43 Bohrkopfabschnitt
    16 Verdrängungsschnecke 44 Auslassdüse
    17 Zwischenraum 45 Schmiermittelauslass
    18 Bohrkopfsystem 46 Rotationskopf
    19 Bohrwerkzeug 47 Steuerelement
    20 Schutzrohr
    21 Verbindungselement 50 Kunststoffschlauch
    22 Bohrwerkzeugantrieb 51 kaltes Wasser
    23 Strahlpumpe 52 Dampf
    24 Stoß
    25 Heizelement 100 Startpunkt
    101 Trasse
    30 Erdkabel 102 Bohrloch
    31 Schutzverrohrung
    32 Abstandshalter 110 Zielpunkt
    33 Kufe
    34 Bentonit 120 Bohrspülung
    35 Beschichtung 121 Ringraum
    36 Rohr 123 Gemisch
    36a Matrize A Pfeilrichtungen
    37 Flachmaterial
    38 Rohr
    39 Anfang

Claims (9)

  1. System zum oberflächennahen Verlegen von Erdkabeln oder Erdleitungen im Boden in einem Bohrloch (102) entlang einer Verlegetrasse (101) zwischen einem Startpunkt (100) und einem Zielpunkt (110) mit einem Bohrgerät (10), mit einem Vortriebskopf (12) zum Erstellen des Bohrloches (102), mit einem Bohrgestänge (11) und/oder einem Casing (14), wobei der Durchmesser des Vortriebskopfs (12) größer ist als der Durchmesser des Casings (14) oder des Bohrgestänges (11), so dass ein Ringraum (121) zwischen Bohrlochwandung (102) und Casing (14) oder Bohrgestänge (11) entsteht, wobei der Ringraum (121) mit einer Schmierung versehen ist, wobei es sich bei dem Vortriebskopf (12) um ein Bohrkopfsystem (18) aus Bohrwerkzeug (19) und Bohrwerkzeugantrieb (22) zum Lösen des Bodens handelt, und wobei ein Spülungskreislauf vorgesehen ist, mit dem der von dem Bohrkopfsystem (18) gelöste Boden aus dem Bohrloch (102) abförderbar ist, wobei für den Abtransport des gelösten Bodens im Spülungskreislauf eine Strahlpumpe (23) als Bestandteil des Bohrkopfsystems (18) vorgesehen ist, und dass während oder bevor das Bohrgestänge (11) und/oder Casing (14) aus dem Bohrloch (102) entnommen werden in das Bohrloch Erdkabel (30), Erdleitungen oder ein Schutzrohr (20, 31), in das die Erdkabel (30) oder Erdleitungen einbringbar sind, einbringbar sind.
  2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Bohrwerkzeugantrieb (22) um einen Elektromotor oder um einen Mudmotor oder um einen Gestängeantrieb handelt.
  3. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Bohrgerät (10) um ein Bohrgerät einer HDD-Bohranlage oder um eine Vorschubeinheit handelt.
  4. System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Spülungskreislauf der der Vortriebskopf (12) antreibbar und/oder steuerbar ist.
  5. System nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Abgabepunkt (44, 45) zur Abgabe von Spülungsflüssigkeit, als Schmierung vorgesehen ist.
  6. System nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Schutzrohr (20, 31) aus einem Schlauch, aus Flachmaterial (37), aus Flachmaterial (37) aus Kunststoff, aus Rohrschüssen (20), oder aus Rohrschüssen (20) aus Kunststoff, vor Ort erstellbar ist.
  7. Verfahren zum oberflächennahen Verlegen von Erdkabeln oder Erdleitungen im Boden in einem Bohrloch (102) entlang einer Verlegetrasse (101) zwischen einem Startpunkt (100) und einem Zielpunkt (110) mit einem System nach einem der Ansprüche 1 bis 6 bei dem ein Vortriebskopf (12) entlang der Verlegetrasse (101) bewegt wird, indem mit einem Bohrgerät (10) ein Vorschub über ein Bohrgestänge (11) oder ein Casing (14) oder ein Vorschub und eine Rotation über ein Bohrgestänge (11) auf den Vortriebskopf (12) übertragen wird, wobei das Bohren oberflächennah erfolgt, das der Boden mit dem Vortriebskopf (12) oberflächennah mit einem Bohrkopfsystem (18) aus Bohrwerkzeug (19) und Bohrwerkzeugantrieb (22) gelöst und entnommen wird, so dass zwischen einer Bohrlochwandung (102) und dem Casing (14), dem Bohrgestänge (11) und/oder einem Schutzrohr (20, 31) ein Ringraum (102) entsteht, dass in dem Ringraum (102) eine Schmierung vorgesehen wird, dass ein Spülungskreislauf für ein Spülungsmedium vorgesehen wird, über den der gelöste Boden aus dem Bohrloch (102) mit einer Strahlpumpe abgefördert wird, und dass während oder bevor das Bohrgestänge (11) und/oder Casing (14) aus dem Bohrloch (102) entnommen werden in das Bohrloch Erdkabel (30), Erdleitungen oder ein Schutzrohr (20, 31), in das die Erdkabel (30) oder Erdleitungen einbringbar sind, eingebracht werden.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass über den Spülungskreislauf der Vortriebskopf (12) angetrieben und/oder gesteuert wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Zufuhr und die Abfuhr des Spülungsmediums im Spülungskreislauf über ein doppelwandig ausgeführtes Bohrgestänge (11) erfolgt.
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